Команда исследователей из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) при содействии Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и Научной академии Беларуси разработала современный материал, способный надежно и безопасно изолировать радиоактивные отходы на долгие годы. Эта технологическая новинка приобретает особую актуальность в свете планируемого появления первой стационарной атомной электростанции на Дальнем Востоке России.
Двухфазная технология обращения с радиоактивными отходами
Новая технология базируется на уникальном двухступенчатом процессе, который эффективен и экономичен. В первой фазе осуществляется очистка жидких радиоактивных отходов с помощью синтетического цеолита NaY, известного своей способностью избирательно поглощать ионы радиоактивного стронция — одного из наиболее опасных компонентов ядерных отходов. После насыщения сорбента радионуклидами следует второй этап: материал прессуется и превращается в монолитную керамику посредством электроимпульсного плазменного спекания — передовой метод Spark Plasma Sintering (SPS), который существенно повышает плотность получаемой матрицы и её устойчивость к внешним воздействиям.
Научное обоснование и преимущества нового материала
Проведённые испытания подтвердили: новая керамика полностью соответствует самым строгим нормам, принятым в отрасли для захоронения высокоактивных радиоотходов. Существенное достоинство разработанного материала заключается в кристаллическом строении, подобном природному полевому шпату — минералу, чья стабильность в стронциевой форме доказана миллионами лет естественного существования. Такие свойства позволяют гарантировать долговременную изоляцию радиоактивного стронция без риска преждевременного высвобождения в окружающую среду.
Отметим и важнейшее инженерное преимущество: введённый в технологии процесс замыкания «сорбент — матрица» минимизирует число стадий переработки, снижает затраты и упрощает всё обращение с отходами. Сначала цеолит выполняет функцию сборщика вредных ионов, а затем, после SPS-спекания, тот же материал становится конечным контейнером, надёжно фиксирующим радионуклиды внутри своей структуры.
Эксперименты на современном оборудовании
Для детального изучения свойств нового материала была задействована уникальная исследовательская инфраструктура. На базе «КИСИ-Курчатов» применялась синхротронная рентгеновская спектроскопия, позволившая в мельчайших деталях изучить механизм связывания стронция и динамику превращений в ходе спекания керамики. Эти опыты обеспечили глубокое понимание происходящих химических и фазовых процессов. В постановке и проведении экспериментов, а также анализе полученных данных активное участие приняли молодые учёные Института наукоёмких технологий и передовых материалов (ИТПМ) ДВФУ, чьи наработки стали значимым вкладом в общий успех проекта.
Стратегическое значение для атомной энергетики и экологии
Разработка инновационной керамики не только решает актуальные задачи радиоэкологической безопасности, но и способствует формированию новых стандартов в атомной отрасли. Как отметил академик РАН Иван Тананаев, руководитель направления и профессор Департамента ядерных технологий ИТПМ ДВФУ, реализация подобного проекта — яркая демонстрация синергии фундаментальных и прикладных исследований высокого уровня. Решения, полученные российскими и белорусскими специалистами с привлечением ресурсов крупнейших национальных центров, открывают перспективы не только для улучшения отраслевых стандартов, но и для развития экологически ответственной энергетики будущего.
По мнению автора разработки, технология отличается двойным положительным эффектом: во-первых, она обеспечивает эффективную фиксацию опасных радионуклидов, во-вторых, способствует переходу на экологически устойчивые решения, соответствующие мировым трендам по обращению с отходами. Совмещение функций сорбента и матрицы в одном материале сокращает число технологических операций и значимо уменьшает общие расходы — это важнейшее преимущество для крупных промышленных предприятий и государственных программ в атомной сфере.
Поддержка исследований и подготовка кадров нового поколения
Высокий уровень научных достижений стал возможен благодаря широкому сотрудничеству и поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации по государственным программам. Эксперименты на синхротронном оборудовании проводились при тесном взаимодействии с «Курчатовским институтом» и на базе Центра коллективного пользования «Дальневосточный центр структурных исследований» ДВФУ. Подобная интеграция ведущих учреждений способствует росту компетенций и расширению исследовательских возможностей.
Немаловажную роль для кадрового будущего новой инфраструктуры играет образовательная и научная программа по подготовке высококвалифицированных специалистов для работы на современном синхротроне. Уже сегодня в рамках сотрудничества ДВФУ и «Курчатовского института» действуют молодёжные лаборатории, где будущие исследователи активно вовлекаются в наукоёмкие задачи, формируя фундамент мастерства для новых поколений.
Строительство крупнейшего синхротрона и перспективы дальневосточной науки
В рамках Федеральной научно-технической программы продолжается строительство одного из самых современных научных центров — синхротрона РИФ на территории Дальнего Востока. Запуск первых экспериментальных комплексов запланирован к 2030 году, и эта установка обещает стать катализатором уникальных научных исследований для университетов и специалистов всего региона. Благодаря такому масштабному проекту ДВФУ и «Курчатовский институт» становятся центрами притяжения талантливой молодежи и мощного научного сообщества. Строительство синхротона и формирование школы материаловедения на Дальнем Востоке — это пример успешной интеграции науки, образования и промышленности ради экологической безопасности и устойчивого развития региона.
Информация подготовлена пресс-службой ДВФУ.
Источник фото: captainvector — ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
